The transition from indirect band gap to direct band gap and effectively separating of electron-hole pairs in h-BC2N/MoSi2N4 heterojunction for photocatalytic water splitting

异质结 带隙 材料科学 光催化 直接和间接带隙 分解水 电子 光电子学 电子空穴 凝聚态物理 化学 物理 催化作用 量子力学 生物化学
作者
Fan Dong,Maoye Yin,Keyuan Wang,Zhihao Wang,Hengshuai Li,Haiquan Hu,Feng Guo,Zhenbao Feng,Jun Li,Dong Zhang,Minghui Zhu,Xiangyang Tan,Fei Wang,Zhi Li
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:107: 452-459 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2024.05.442
摘要

To improve the photocatalytic efficiency of MoSi2N4, we decided to use the organic material h-BC2N to form a new photocatalytic heterojunction, h-BC2N/MoSi2N4. Firstly, we calculated the phonon spectra of h-BC2N, MoSi2N4, and h-BC2N/MoSi2N4 heterojunction to determine their dynamical stability. Next, using the HSE06 density functional theory method, we calculated the band structures and DOS of h-BC2N, MoSi2N4, and h-BC2N/MoSi2N4 heterojunction to determine their band structures and types. To analyze the electron transfer in the h-BC2N/MoSi2N4 heterojunction, we calculated the work function and differential charge density to determine the direction of the built-in electric field and the electron transfer between h-BC2N and MoSi2N4. Furthermore, we discussed the interaction between h-BC2N and MoSi2N4, and the results showed that the VBM and CBM of h-BC2N and MoSi2N4 changed with the formation of the heterojunction. Then, we analyzed the reaction mechanism of the h-BC2N/MoSi2N4 heterojunction and found that the built-in electric field promotes the electron transition from the CBM of MoSi2N4 to the VBM of h-BC2N, effectively separating the photo-generated electron-hole pairs of MoSi2N4 in space, making h-BC2N/MoSi2N4 heterojunction a classical Type Z heterojunction. These results suggest that h-BC2N/MoSi2N4 heterojunction can improve the photocatalytic efficiency of MoSi2N4.
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